Емкостная компенсация — процесс компенсации реактивной мощности в электрическое сетях, питающих ЭПС. Различают продольную, поперечную и продольно-поперечную емкостную компенсацию.
Продольная емкостная компенсация применяется для повышения напряжения в тяговой сети переменного тока, симметрирования напряжения на тяговых подстанциях. Устройство продольной емкостной компенсации (УПРК) представляет собой батарею конденсаторов, которая включается последовательно с тяговой нагрузкой в рассечку контактной подвески (рис. 1) или провода, питающего эту подвеску. Это устройство повышает напряжение в тяговой сети, компенсируя падением напряжения на ёмкостных сопротивлениях конденсаторов падение напряжения на индуктивных сопротивлениях сети электроснабжения.
Рис. 1. Схема включения устройства продольной ёмкостной компенсации: 1 — тяговая подстанция; 2 — конденсаторы; 3 — контактная сеть; 4 — электровоз; 5 — рельсы.
УПРК обычно размещают на тяговых подстанциях (ТП), реже — на перегонах или постах секционирования контактной сети. Вследствие больших капитальных затрат и малых возможностей компенсации падения напряжения в системе электроснабжения УПРК не устанавливают на стороне 110 (150) или 220 В. На стороне тягового напряжения 27,5 кВ возможно использование УПРК в двух- или однофазном исполнении. На ТП применяют неполнофазные УПРК, включаемые в рассечку двух или одной фазы. В трёхфазном исполнении УПРК не нашло применения из-за больших капитальных затрат.
УППК устанавливают на ТП либо в тяговой сети — на постах секционирования. При установке УППК на посту секционирования компенсация реактивной энергии, а также снижение потерь электроэнергии и напряжения происходят не только в сети внеш. электроснабжения, но и в тяговой сети. УППК могут быть стационарными и передвижными. Передвижные УППК монтируют в вагонах. Повышение уровня напряжения в тяговых сетях при больших размерах движения и организации движения тяжеловесных поездов с помощью устройства регулирования напряжения на трансформаторах тяговых подстанций малоэффективно. Для этого применяют устройства регулируемой поперечной емкостной компенсации (УРППК), включаемые на постах секционирования. Однофазные УРППК могут использоваться на ТП для компенсации реактивной энергии и симметрирования тяговых нагрузок.
Продольно-поперечная емкостная компенсация применяется для автоматическими регулирования напряжения в тяговой сети, симметрирования токов (напряжений) в трёхфазных сетях, питающих несимметричные нагрузки. Устройство продольнопоперечной емкостной компенсации может быть комбинированным и совмещённым. Комбинированное устройство (рис. 3) состоит из УПРК и УППК. Оно позволяет одновременно эффективно воздействовать на баланс реактивной энергии в системе электроснабжения и на напряжение в тяговой сети. На отечественных железных дорог продольно-поперечную емкостной компенсации применяют на участках железных дорог переменного тока с большими размерами движения, где экономически выгодно осуществлять эффективную компенсацию реактивной энергии и повышать уровень напряжения в тяговой сети. Комбинированное устройство выполняется с предвключённым УППК (рис. 3,а) и с предвключённым УПРК (рис. 3,6). Схему включения устройства выбирают на основе технико-экономических расчётов. В совмещённом устройстве (рис. 4) кроме УПРК и УППК имеются коммутирующие аппараты. Применяется на участках железных дорог переменного тока с небольшими размерами движения, т. е. с невысокими нагрузками тяговых подстанций.
Рис. 2. Схема включения устройства поперечной ёмкостной компенсации: 1 — тяговая подстанция; 2— конденсаторы; 3 — реактор; 4 — рельс; 5 — электровоз; 6 — контактная сеть; 7 — трансформатор напряжения.
Рис. 3. Схемы включения комбинированного устройства продольно-поперечной компенсации: а — с предвключённым устройством поперечной компенсации; 6 — с предвключённым устройством продольной компенсации; 1 — устройство продольно-поперечной компенсации; 2 — конденсаторы устройства поперечной компенсации; 3 — реактор устройства поперечной компенсации; 4 — конденсаторы устройства продольной компенсации; 5 — контактная сеть; 6 — электровоз; 7 — тяговые рельсы; 1э — ток электровоза; /к — ток устройства поперечной компенсации.
Рис. 4. Схема включения совмещённого устройства продольно-поперечной компенсации: 1 — устройство продольно-поперечной компенсации; 2 — конденсаторы; 3 — реактор для работы в режиме продольно-поперечной компенсации; 4, 5, 6 — коммутирующие аппараты; 7 — контактная сеть; 8 — электровоз; 9 — тяговые рельсы.
В этом случае напряжение на токоприёмниках ЭПС достаточно высокое, неэкономично на электростанциях. Передача её по электрическим сетям внешнего электроснабжения и тягового электроснабжения связана с потерями электроэнергии в этих сетях. Установка устройства компенсации на тяговых подстанциях или в тяговой сети позволяет использовать для питания нагрузок реактивную энергию конденсаторов УППК, подключённых непосредственно к тяговой сети. Вследствие этого снижаются потери энергии в электрическое сетях и повышается напряжение на токоприёмниках ЭПС.
На ТП постоянный тока применяют нерегулируемые УППК в трёхфазном исполнении, включая их со стороны первичных обмоток преобразовательных трансформаторов для компенсации реактивной энергии фильтрации высших гармоник, возникающих от преобразователей трёхфазного перем. тока в выпрямленный ток напряжением 3,3 кВ.
На ТП переменного тока из-за несимметричного присоединения тяговых нагрузок к трёхфазной питающей сети используют нерегулируемые или регулируемые УППК в двух- или однофазном исполнении. Нерегулируемые однофазные целесообразно применять только УППК, компенсирующее реактивную энергию, потребляемую тяговыми нагрузками. Однако после плановых и аварийных перерывов движение поездов организуется в течение непродолжительного времени с небольшими интервалами попутного следования. При этом напряжение на токоприёмниках ЭПС снижается и для его повышения целесообразно применять УПРК. Использовать комбинированное устройство на этих участках менее целесообразно, т. к. при этом требуется большое число конденсаторов.